校企聯(lián)手用“打印機”蓋房

□ 本報記者 謝詩(shī)涵 王子杰

水泥、粉煤灰、硅灰、外加劑、鋼纖維等六七種不同原料依次加入水泥攪拌機，一旁通過(guò)泵管相連的3D打印機以這種新型混凝土為“油墨”，按照規定路線(xiàn)將其擠出打印機。不到兩小時(shí)，一個(gè)免模板數字化成型、曲面線(xiàn)條靈動(dòng)自然的3D打印非機動(dòng)車(chē)車(chē)棚呈現在記者眼前。

“這款新型車(chē)棚所使用的超高性能混凝土（UHPC）是我們的最新研究成果打印機。這種材料抗彎強度高，具有很強的防火、抗爆和抗沖擊能力?！睎|南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授張亞梅介紹，超高性能混凝土的不少原料都是工業(yè)副產(chǎn)品，粉煤灰是電廠(chǎng)出來(lái)的，硅灰是硅鐵合金廠(chǎng)出來(lái)的，這些工業(yè)廢棄物到了這里成了“寶貝”。

作為南京綠色增材智造研究院的主要技術(shù)支持力量，張亞梅團隊嘗試將這種超高性能材料用于大尺度構件3D打印打印機。而這并不是張亞梅團隊第一次挑戰“不可能”。建成國內首個(gè)3D打印綠色裝配式智慧建筑，打造國內首例原位3D打印可交付二層單體建筑……在張亞梅看來(lái)，將固廢綠色再利用技術(shù)和3D打印技術(shù)相結合，本身就是建筑領(lǐng)域的一次變革。

傳統澆筑建造中，工人需先立起模板，然后放置鋼筋籠，澆筑混凝土并待其硬化后再將模板拆除，整個(gè)流程大量依賴(lài)人工，勞動(dòng)效率較低打印機。記者了解到，一個(gè)構件中模板成本約占建造總成本15%—20%，當建筑的造型不規則時(shí)，模板只能一次性使用，這也造成了浪費。據統計，我國每年建筑垃圾產(chǎn)生量近35億噸，占城市垃圾總量的30%—40%，但回收利用率卻很低。

能否在對傳統建造模式轉型升級的同時(shí)，實(shí)現建筑垃圾資源化利用？“現實(shí)中，搞設備的不懂材料，搞材料的缺少設備打印機?！睆垇喢氛J為，傳統建筑行業(yè)要向3D智能建造轉型，需要梳理解決材料研發(fā)、打印設備再到應用端的全產(chǎn)業(yè)鏈問(wèn)題。201*年，張亞梅團隊與南京嘉翼精密機器制造股份吉印通團隊達成合作。兩支團隊攜手南京江北新區產(chǎn)業(yè)技術(shù)研創(chuàng )園管委會(huì )，組建南京綠色增材智造研究院，共同攻克固廢綠色再利用技術(shù)與建筑3D打印技術(shù)融合的難關(guān)。

“制造一臺3D打印機器不算難，難的是材料的選擇打印機。第一臺機器建好后，我們花了*個(gè)月才拿到合適的打印材料?！蹦暇┘我矶麻L(cháng)李進(jìn)坦言，3D智能建造對材料要求特別高，混凝土硬化時(shí)間尤為講究，工廠(chǎng)此前曾嘗試自制打印材料，但均以失敗告終?！爸钡綇埥淌趫F隊研發(fā)的新材料加入，我們的機器才真正有了用武之地?！崩钸M(jìn)說(shuō)。

再生粗骨料、再生磚粉、再生砂、尾礦砂……南京綠色增材智造研究院三樓的材料研發(fā)實(shí)驗室里，張亞梅向記者展示十多種3D打印原材料打印機。為適應不同場(chǎng)景，張亞梅團隊反復進(jìn)行測試，不斷改良用于3D打印的混凝土配方?！案黝?lèi)廢棄物來(lái)源復雜、性能不穩定，資源再利用時(shí)必須要考慮其長(cháng)期性能，需要掌握好添加尺度。針對不同項目需求，我們將不同廢棄物復合使用，讓材料為建筑服務(wù)。這也是我們材料研發(fā)與后端應用緊密結合的優(yōu)勢?！睆垇喢氛f(shuō)。

南京市六合區雄州街道靈巖社區衛生服務(wù)中心是一座二層小樓，紅藍兩色、波浪曲線(xiàn)型的外觀(guān)格外搶眼打印機。這個(gè)去年完成的項目是國內首個(gè)真正意義上可居住的原位3D打印二層建筑?！安煌谝酝诠S(chǎng)打印好構件后現場(chǎng)進(jìn)行裝配式安裝，這個(gè)項目需要在現場(chǎng)原位進(jìn)行3D打印，這也就意味著(zhù)所有的突發(fā)情況只能在現場(chǎng)解決?！崩钸M(jìn)回憶，在項目現場(chǎng)各種天氣環(huán)境下，添加粗骨料的打印材料泵送難度倍增，出現泵管爆裂、材料未擠出即凝固等狀況。雙方團隊就地調整原料配比，問(wèn)題一一得到解決。

3D打印設備及材料的迭代創(chuàng )新，不斷激發(fā)建筑業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力打印機。相較傳統澆筑建造，3D打印建筑的碳排放量降低約39%，是建筑全生命周期實(shí)現碳中和的重要一環(huán)。去年3月，南京嘉翼帶著(zhù)3D打印機器與產(chǎn)品首次“出?！?，受到眾多國外企業(yè)關(guān)注。同年9月，團隊正式簽約進(jìn)駐中阿（聯(lián)酋）產(chǎn)能合作示范園。李進(jìn)表示，項目投用后，預估一條生產(chǎn)線(xiàn)年處理建筑垃圾50萬(wàn)—*0萬(wàn)噸，年利潤可達5000萬(wàn)元。

“發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力不是忽視、放棄傳統產(chǎn)業(yè)打印機。3D打印建造讓建筑建造的生產(chǎn)效率和新材料的使用效能大幅提高，城市固廢再利用技術(shù)則讓智能建造更綠色低碳?！崩钸M(jìn)說(shuō)。企業(yè)團隊已經(jīng)實(shí)施百余個(gè)3D打印項目，共擁有相關(guān)核心專(zhuān)利技術(shù)121件（其中發(fā)明30多件），13條生產(chǎn)線(xiàn)分布在國內9個(gè)省及阿聯(lián)酋、加拿大、新加坡等多個(gè)國家和地區。

產(chǎn)業(yè)要“走出去”更要“落下來(lái)”打印機?！霸谶@過(guò)程中，所有技術(shù)都要相當成熟才能做大規模推廣應用。我們希望在一個(gè)個(gè)示范項目中不斷改進(jìn)技術(shù)，并通過(guò)一系列標準的制定，加快推進(jìn)智能建造技術(shù)的推廣應用?！睆垇喢氛f(shuō)。